西塘110KV变电站综合自动化系统的开发

1、 毕业设计（论文）开题报告题目 西塘110KV变电站综合自动化系统的开发 学生姓名 朱诗卉 学号 2007136102 专业 电气工程及其自动化 班级 20071098 指导教师 贾智彬 评阅教师 贾智彬 完成日期 2011年01月10日西塘110KV变电站综合自动化系统的开发学 生: 朱诗卉指导老师：贾智彬（三峡大学 电气与新能源学院）1前言变电站是输配电系统中的重要环节, 是电网主要监控点。近年来, 随着我国经济高速发展, 电压等级和电网复杂程度也大大提高。传统变电站一次和二次设备已无法满足降低变电站造价和提高变电站的安全与经济运行水平这两方面要求, 同时由于计算机、电子技术、通讯技术的飞

2、速发展，为变电站自动化技术由传统向综合发展提供了可能和基础,为变电站综合自动化技术的应用和推广提供了保证。传统的电站均采用常规的保护装置、测量系统、操作机构等, 都存在数据各自分别采集, 硬件设备重复, 资源不能共享等缺陷。有些电站虽采用了自动化或综合自动化技术, 但无法克服以上缺陷。而电站现在所采用的综合自动化技术是将站内继电保护、监控系统、信号采集、远动系统等结合为一个整体, 使硬件资源共享, 用不同的模块软件来实现常规设备的各种功能。用局域网来代替信号电缆, 用主动模式代替常规设备的被动模式。具有可靠、安全方便、利于维护等特点。从发展过程看变电站综合自动化系统应具备可靠、实用、先进、方便

3、、易扩充、易维护和通用及合理价位等几方面要求。变电站综合自动化系统优点主要表现在：通过网络、总线，将保护、数据采集、控制、信号等各子系统构成一个综合控制系统，改变了传统二次设备模式，简化了系统，减少了连接电缆，减少了占地面积，降低了投资；测量精确，显示直观；运行、操作监视屏幕化；通信管理智能化。2组态软件的发展以及功能2.1 监控组态软件的发展监控组态软件是伴随着计算机技术、DCS和PLC等工业控制技术的突飞猛进二发展起来的。随着个人计算机（PC）的普及和开发系统的推广，基于PC的监控组态软件在工业控制领域不断发展壮大。监控组态软件广泛运用于工业、农业、楼宇和办公室风领域的自动化系统。随着计算

4、机硬件和软件技术的发展，自动化产品呈现出小型化、网络化、PC化、开放式和低成本的发展趋势，并逐渐形成了各种标准的硬件、软件和网络结构系统。监控组态软件已经成为其中的桥梁和纽带，是自动化系统集成中不可缺少的关键组成部分。2.2组态软件WinCC的功能西门子公司的WinCC是Windows Control Center（视窗控制中心）的简称。它集成了SCADA、组态、脚本（Script）语言和OPC等先进技术，为用户提供了Windows操作系统（Windows 2000或XP）环境下使用各种通用软件的功能。WinCC继承了西门子公司的全集成自动化（TIA）产品的技术先进和无缝集成的特点。WinCC

5、运行于个人计算机环境，可以与多种自动化设备及控制软件集成，具有丰富的设置项目、可视窗口和菜单选项，使用方便灵活，功能齐全。用户在其友好的界面下进行组态、编程和数据管理，可形成所需的操作画面、监视画面、控制画面、报警画面、实时趋势曲线、历史趋势曲线和打印报表等。他为操作者提供了图文并茂、形象直观的操作环境，不仅缩短了软件设计周期，而且提高了工作效率。WinCC的另一个特点在于启整体开放性，它可以方便地与各种软件和用户程序组合在一起，建立友好的人机界面，满足实际需要。用户也可以将WinCC作为系统扩展的基础，通过开放式接口，开发其自身需要的应用系统。3变电站电气设备的作用以及构成3.1 变电站的构

6、成（1）变电站的构成：变压器、高压配电装配、低压配电装配和相应修建物（2）变电站的电气一次设备构成：变压器、断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、排挤母线、消弧线圈、并联电抗器、电力电器皿、调相机等设备（3）变电站的电气二次回路由丈量仪表、监察装配、旌旗灯号装配、控制和同步装配、继电保护和不用人的劳力装配等构成。3.2 变电站电气设备的作用变电站的作用：变电所是毗连发电厂、电网和电力用户的中间环节，首要有搜集和分配电力、控制操作、升降电压等功效。各电气设备的作用：（1）变压器：变换电压，将一种等级的电压变换成同频率的另外一种等级的电压。（2）断路器：路程经过过程断路器将设备投入(接通)或者

7、退出(断裂)运行。当电气设备或者路线发生妨碍时，由继电保护动作控制断路器，使妨碍设备或者路线从电力体系中快速切除，包管电力体系内无妨碍设备的运行。（3）隔离开关：将电气设备与带电部门隔离开，以包管电气设备能安全地进行检修或者妨碍措置惩罚；转变运行体式格局(如在双母线接线的电路中，可将设备或者路线从一组母线切换至另外一组母线上)。（4）互感器：互感器是将高电压和大电流变换成合适仪表或者保护装配施用的低电压和电流。互感器与丈量仪表共同，对设备和路线的电压、电流、功率等进行丈量。（5）消弧线圈：首要用于中性点不直接接地的电力体系中，当发生单相金属性接地妨碍时，赔偿接地电容电流，使其值在允许的规模内（

8、6）并联电抗器：减弱空载或者轻载路线中的电容效应，减低工频电流通过压；同时哄骗此中性点经小电抗接地来赔偿潜供电流，加快潜供电弧的熄灭（7）电力电器皿:并联赔偿电器皿首要用于增长无功功率和提高受电端电压程度。串联赔偿电器皿用于220KV及以上的电力体系中，可以提高路线的输送容积、体系不变性和合理漫衍并联线间电容等。在110KV及以下的体系中，可以改善路线电压程度，提高配电收集输送能力。静止赔偿器由电器皿和可控达到最高限度电抗器构成，兼有调照相机及电器皿的长处。(8)调相机：现实上它是1个空载运行的同步电念头，装于负荷中间的变电所，用以增补无功功率、改善功率因子。(9)母线：汇流、分配、传道输送电

9、力。(10)绝缘子：用来支持导线，并使其绝缘的部件。(11)变电所二次回路:包管电气一次设备安全、可靠运行的重要构成部门。监督电气一次设备和电力体系的事情状态、控制电气一次设备，并在电气一次设备及电力体系发生妨碍时，能使妨碍部门快速退出运行或者给值班员供给旌旗灯号，以便采纳办法实时措置惩罚。3.3 变电站综合自动化的构成以及功能变电站综合自动化系统均按模块化设计，也就是说对于成套的综合自动化系统中，微机保护系统、监控系统、自动控制系统等装置都是若干模块组成的。（1）监控子系统：监控子系统应取代常规的测量系统，取代指针式仪表；改变常规的操作机构和模拟盘，取代常规的告警、报警、中央信号、光子牌等；

10、取代常规的远动装置等等。总之，其功能包括：数据采集（开关量的采集、电能计量、模拟量的采集）、事件顺序记录SOE、故障记录、故障录波和测距、操作控制功能、安全监视功能、人机联系功能、数据处理与记录功能、打印功能、谐波分析与监视。（2）微机保护子系统：包括全变电站主要设备和输电线路的全套保护，具体有：高压输电线路的主保护和后备保护、主变压器的主保护和后备保护、无功补偿电容器组的保护、母线保护、配电保护和不完全接地系统的单相接地选线。（3）电压、无功综合控制子系统：其控制方法有如下三种：集中控制、分散控制和关联分散控制。对电压和无功进行合理的调节，不仅可以提高电能质量，提高电压合格率，而且可以降低网

11、损，为供电企业创一流创造条件。（4）备用电源自投控制：备用电源自投装置是因为电力系统故障或其他原因使工作电源被断开后，能迅速将备用电源或备用设备或其他正常工作的电源自动投入工作，使原来工作电源被断开的用户能迅速恢复供电的一种自动控制装置。4结合组态软件对变电站监控系统进行开发变电站监控系统采用组态软件WINCC,可靠性高、实时性强、适用范围广、界面设计方便,通过更换不同的驱动程序,可以方便地采用不同厂家生产的硬件组成监控系统;监控系统下位机选用的是S7-300系列PLC及编程工具STEP7,由于WINCC本身提供S7-300的驱动软件,PLC与上位机的联接就可以变得非常容易。Start遥信界面

12、遥控界面遥测界面趋势图界面断路器位置信号隔离开关位置保护动作信号主变分头位置信号断路器控制遥控方式转换归档35kv测电量主变油位油量有载调压遥调方式转换主变分接头位置110kv测电量110kv测电量··· ···归档数据报表事故记录报表事故记录主变油位油温··· ···事故记录界mian 遥调界面报表界面图1 人机界面结构示意图4.1设计中监控软件实现的的主要功能(1) 显示一次设备状态, 包括实时测量的电流、电压值、各隔离开关、断路器及继电保护等实时状态； (2) 事件、故

13、障、事故的实时报警及归档记录, 提供记录的报表打印；(3) 显示各馈线上的实时电流、电压趋势图和归档的趋势图；(4) 可进行各断路器的遥控合闸与跳闸； (5) 可显示并打印生产报表信息。4.2人机界面设计根据监控系统设计要求, 人机界面结构如图1所示, 主要分为遥信、遥测、遥调、遥控、趋势图、事故记录、报表7 个界面, 每个界面都与其他6 个界面链接, 可实现各界面间的相互转换。4.3 WINCC组态设计过程主要步骤(1) 启动WINCC,建立1个新的WINCC项目,使用WINCC的资源管理器可以创建1个项目, 并进行项目基本属性设置； (2) 选择及安装通讯驱动程序,右击变量管理器 选择、添

14、加所需的驱动程序； (3)创建组态画面, 画面组态是建立可视化的人机界面不可缺的环节, 图形编辑器用于设计各种图形画面, 对每种图形可以进行其属性的设置； (4) 变量的创建与归档, 变量系统是组态软件的重要组成部分,WINCC 的变量系统通过变量管理器来完成,WINCC 与自动化控制系统间的通讯依靠通讯驱动程序实现, 自动控制系统与WINCC 过程的数据交换通过变量来完成; 变量的创建需先确定变量的类型, WINCC 提供9 种变量类型供用户选择, 通过WINCC 变量管理器可以创建内部变量, 结构变量和过程变量；过程值归档的目的是采集、处理和归档工业现场的过程数据。以这种方法获得的过程数据

15、可用于获得与设备的操作状态有关的管理和技术指标；在运行系统中, 可以用表格或趋势图的形式输出,也可将归档值作为记录打印输出；在图形编辑器中,WINCC 提供了WinCC Online Table Control和WinCC Online Trend Control这2个ActiveX控件,以便能在运行系统中以不同的方式显示过程数据; 在资源管理器的变量记录中可以创建过程值归档, 归档创建后可以利用WinCC 图象系统提供的2 个控件来显示归档的过程值和趋势图形；(5)WINCC 自定义完成特定功能的标准函数实现报警功能。4.4 WINCC与PLC通讯实现 WINCC提供了1个称为SIMATIC

16、 S7 Protocol Suite的通讯驱动程序,此通讯驱动程序支持多种网络协议和类型, 通过它的通道单元提供与各种SIMATICS7-300 和S7-400PLC的通讯。WINCC 变量管理器运行WINCC变量,它的任务是从中取出请求的变量值, 这个过程通过集成在WINCC 项目中的通讯驱动程序来完成。通讯驱动程序利用其通道单元构成WINCC 与过程处理之间的接口, 在大多数情况下, 是利用通讯处理器来实现的。WINCC 通讯驱动程序使用通讯处理器来向PLC 发送请求消息, 然后, 通讯处理器将回答相应消息请求的过程值发回WINCC。建立WINCC 与PLC 通讯的步骤: (1) 创建WI

17、NCC 站与自动化系统间的物理连接; (2) 在WINCC 项目中添加适当的通道驱动程序;(3) 在通道驱动程序适当的通道单元下建立与指定通讯伙伴的连接; (4) 在连接下建立变量5工作的主要阶段、进度(1) 2010年秋季学期第9周接受毕业设计任务书，学习毕业设计（论文）要求及有关规定。(2) 2010年秋季学期第1120周阅读指定的参考资料及文献(包括5-10万个印刷符号与课题或本专业相关的外文资料)，完成开题报告、外文翻译，按要求的格式打印并上交。同时安装WINCC6.0软件并开始熟悉。(3) 2009年秋季学期第21周 上交开题报告、外文翻译、指导教师批阅。(4) 2011年春季学期第

18、15周 完成wincc6.0软件的系统的学习，并能熟练掌握各功能。(5) 2011年第510周 熟悉变电站或水电站一次系统电气设备的运行、操作和维护等，并按要求完成监控系统的开发和正常运行（包括控制量控制界面和监测量）。(6) 2011年春季学期第1114周 完成毕业设计，全部成果交指导教师批阅。(7) 2011年春季学期第16周 毕业答辩6课题完成的意义及完成时间开发西塘110kV中心变电站综合自动化系统，设计一套基于WINCC 的监控系统，实现对西塘110kV变电站的重要状态参数进行显示、记录、存档及报表打印，进一步提高了变电站运行的安全可靠及稳定性，减少系统维护工作量, 提高工厂的管理水平。完成毕业设计时间 ：2011年春季学期第十四周。参考文献1 刘伟等.